JP2015010244A - 差動排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置であっても、帯状基材の接触を回避しつつクロスコンタミネーションを抑えることができる差動排気システムを提供する。
【解決手段】送出側から巻取側に可撓性を有する帯状基材を複数のチャンバに通過させて前記帯状基材上に薄膜を形成する製膜装置のチャンバ間に設けられる差動排気システムであって、差動排気システムは、隣り合うチャンバにそれぞれ開口してチャンバ同士を連通し、帯状基材が走行する基材走行経路部と、前記基材走行経路部に連通し、前記基材走行経路部を排気する排気部と、を備えており、前記基材走行経路部は、それぞれのチャンバに開口する開口部から基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成される構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜系太陽電池、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）等の薄膜の形成に適した搬送製膜装置に関するものであり、特に、チャンバ間のクロスコンタミネーションを抑える装置に関するものである。

近年では、基材上に製膜するための複数のチャンバを備え、リールに巻回された可撓性を有する帯状の基材を複数のチャンバに通過させて他方のリールに巻取りながら帯状基材を連続的に処理し、帯状基材上に複数層の薄膜を形成する搬送製膜装置が知られている。このロールトゥロールタイプの搬送製膜装置は、薄膜系太陽電池や有機ＥＬ等が低コストで生産できるというメリットがある。

このような搬送製膜装置は、図４に示すように、長尺状の帯状基材Wが巻回された基材送出リール１００と、製膜された帯状基材Wを巻き取る基材巻取リール１０１と、スパッタやＣＶＤ法等を用いた製膜機能を有する複数のチャンバ１０２を備えており、チャンバ１０２間には隣り合うチャンバ１０２を連結するように差動排気システム１０３が設けられている（下記特許文献１参照）。この差動排気システム１０３は、隣り合うチャンバ１０２間を間仕切りするものである。具体的には、差動排気システム１０３は、図５に示すように、隣り合うチャンバ１０２にそれぞれ開口してチャンバ１０２同士を連通する基材走行経路部１０４を有しており、この基材走行経路部１０４を帯状基材Wが走行することにより、帯状基材Wが大気に触れるのを防止しつつ搬送されるようになっている。そして、基材走行経路部１０４には、真空ポンプＰと接続される排気部１０５が連結されており、基材走行経路部１０４が排気されるように構成されている。すなわち、チャンバ１０２の気体がチャンバ１０２内に開口する開口部１０６を通じて基材走行経路部１０４に侵入した場合であっても、排気部１０５で排気されることによりチャンバ１０２内の気体が隣接する他のチャンバ１０２に混入するといういわゆるクロスコンタミネーションを防止しつつ、隣り合うチャンバ１０２間の圧力差を維持できるようになっている。これにより、上流側の基材送出リール１００から供給される帯状基材Wを順次複数のチャンバ１０２に通過させることにより帯状基材W上には、例えば薄膜系太陽電池の薄膜が高純度で形成される。

特開２０１０−３１３１９号公報

近年では、薄膜の純度をさらに向上させるため、差動排気システム１０３によるクロスコンタミネーションを抑えることが求められている。すなわち、基材走行経路部１０４の開口面積が小さく形成されると圧損が大きくなることにより、チャンバ１０２の気体が基材走行経路部１０４に侵入しづらくなるため、クロスコンタミネーションを抑えることができる。

しかし、基材走行経路部１０４の開口面積が小さくなると、基材走行経路部１０４内の帯状基材Wが基材走行経路部１０４（壁面）に接触してしまうという問題があった。すなわち、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置の帯状基材Wは、基材送出リール１００と基材巻取リール１０１に架け渡されているため、製膜処理中に張力が低下すると、帯状基材W全体が重力方向下向きに弛みが生じることにより、基材走行経路部１０４に位置する帯状基材Wが経路の壁面に接触してしまうという問題があった。そして、張力低下による帯状基材Wと基材走行経路部１０４との接触は、基材走行経路部１０４の開口面積が小さくなるほど顕著であり、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置において、基材走行経路部１０４の開口面積が小さく形成して、差動排気システム１０３によりクロスコンタミネーションを抑えることは困難であった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置であっても、帯状基材の接触を回避しつつクロスコンタミネーションを抑えることができる差動排気システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の差動排気システムは、送出側から巻取側に可撓性を有する帯状基材を複数のチャンバに通過させて前記帯状基材上に薄膜を形成する製膜装置の前記チャンバ間に設けられる差動排気システムであって、前記差動排気システムは、隣り合うチャンバにそれぞれ開口してチャンバ同士を連通し、帯状基材が走行する基材走行経路部と、前記基材走行経路部に連通し、前記基材走行経路部を排気する排気部と、を備えており、前記基材走行経路部は、それぞれのチャンバに開口する開口部から基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されていることを特徴としている。

上記差動排気システムによれば、前記開口部から基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されているため、帯状基材の接触を回避してクロスコンタミネーションを抑えることができる。すなわち、基材走行経路部は、その開口面積が重力方向下向きに大きくなるように形成されており、通常製膜時の帯状基材の走行姿勢から離れるように形成されている。これにより、帯状基材の張力が低下し帯状基材に弛みが生じても、帯状基材が重力方向下向きに大きく変形するのが許容されるため、張力が低下しても帯状基材が基材走行経路部に接触することを抑えることができる。一方、開口部における開口面積を帯状基材が通過できる程度に小さく形成することにより、チャンバの気体が基材走行経路部に侵入しにくくなり、隣り合うチャンバ間の圧力差を維持しつつ、クロスコンタミネーションを抑えることができる。したがって、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置であっても、帯状基材の接触を回避しつつクロスコンタミネーションを抑えることができる
また、前記差動排気システムは、基材走行方向両端部に帯状基材が前記開口部の開口領域内に位置するように支持する支持部材を備えている構成にすることが好ましい。

この構成によれば、前記ガイドローラにより、差動排気システムの基材走行経路部両端部分で帯状部材が支持されるため、張力低下により帯状部材に弛みが生じた場合でも、帯状部材が開口部に接触するのを抑えることとができる。すなわち、開口部の開口領域（開口面積）を極力小さく形成しても、帯状基材が基材走行経路部に接触することを抑えることができる。

本発明の差動排気システムによれば、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置であっても、帯状基材の接触を回避しつつクロスコンタミネーションを抑えることができる。

本発明の一実施形態における差動排気システムを適用した搬送製膜装置を示す図である。 上記差動排気システムを示す図である。 （ａ）は、太陽電池モジュールを示す図であり、（ｂ）は太陽電池セルを示す図である。 従来の搬送製膜装置を示す図である。 従来の差動排気システムを示す図である。

次に、本発明の差動排気システムの実施の形態について説明する。ここで、図１は、本実施形態における差動排気システムを使用した搬送製膜装置を示す概略図であり、図２は、差動排気システムを示す図である。なお、本実施形態では、太陽電池モジュールの製膜形成に適用した例として説明する。

図１に示すように、搬送製膜装置は、送出リール部１０と、巻取リール部２０と、複数のチャンバ３０とを有しており、送出リール部１０に巻回された帯状基材Ｗがチャンバ３０を通過することにより基材Ｗ上に太陽電池セル４を形成する表面処理が行われ（製膜処理が行われ）、巻取リール部２０に巻き取られることにより、ロール状の太陽電池セル母材４’が形成される。すなわち、送出リール部１０から巻取リール部２０に帯状基材Ｗ（以下、単に基材Ｗともいう）が連続的に搬送されるといういわゆるロール トゥ ロールにより、基材Ｗ上に太陽電池に必要な薄膜が積層されて太陽電池セル母材４’が形成される。なお、この太陽電池セル母材４’は、後工程である切断工程により、図３（ｂ）に示す短冊状の太陽電池セル４が形成され、さらに接合工程を経ることにより、太陽電池セル４同士が短手方向に配列して接合された太陽電池モジュール１が形成される（図３（ａ））。

なお、本実施形態では、送出リール部１０側を上流側とし、基材Ｗが処理される後工程側、すなわち、巻取リール部２０側を下流側として説明を進めることにする。

送出リール部１０は、基材Ｗを下流側に供給するためのものである。送出リール部１０は、基材Ｗを巻き付ける送出リール１１を有しており、この送出リール１１を駆動制御することにより基材Ｗを送り出すことができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により送出リール１１の回転が制御されることにより、基材Ｗの送出量を増加及び減少させることができる。具体的には、基材Ｗが下流側から引張力を受けた状態で送出リール１１を回転させることにより基材Ｗが下流側に送り出され、適宜、送出リール１１にブレーキをかけることにより基材Ｗが一定速度で送り出されるようになっている。

ここで、基材Ｗは、帯状の長尺体であり、厚み０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ 幅５ｍｍ〜５０ｍｍの平板形状を有する長尺体が適用される。また、材質として、特に限定しないが、ステンレス、銅等が好適に用いられる。

巻取リール部２０は、供給された基材Ｗを巻き取るものである。巻取リール部２０は、送出リール部１０と同様に、巻取リール２１を有しており、この巻取リール２１を駆動制御することにより基材Ｗを巻き取ることができるようになっている。すなわち、図示しない制御装置により巻取リール２１の回転が制御されることにより、基材Ｗの巻取量を増加及び減少させることができる。具体的には、巻取リール２１の回転が調節されることにより、基材Ｗが必要以上の張力がかからないように巻き取られるようになっている。そして、本実施形態では、送出リール部１０を出た基材Ｗが一定速度で搬送され、巻取リール部２０に巻き取られるように駆動制御されている。なお、これら送出リール部１０と巻取リール部２０は、真空環境を形成するチャンバー（破線で示す）内に配置されている。

また、送出リール部１０と巻取リール部２０との間には、複数のチャンバ３０が設けられており、チャンバ３０内で基材Ｗ上に太陽電池に必要な薄膜が形成される（製膜される）。本実施形態では、複数のチャンバ３０が、送出リール部１０と巻取リール部２０との間に直線状に配置されており、送出リール部１０から送り出された基材Ｗが各チャンバ３０を走行して通過することにより基材Ｗ上に順次薄膜が形成される。

これらのチャンバ３０内には、リール３１が設けられており、チャンバ３０に搬送された基材Ｗがこのリール３１に巻付けられた後、下流側に搬送される。そして、リール３１に巻付けられた基材Ｗに原料ガスが供給されることにより、搬送する基材Ｗ上に薄膜が形成される。具体的には、これらのチャンバ３０は、ＣＶＤ、スパッタ、又は蒸着装置等で構成されており、チャンバ３０内に搬送された基材Ｗ上に所定の薄膜が形成されるようになっている。すなわち、チャンバ３０には、形成する薄膜に応じた原料ガスが供給される原料ガス供給部３２が設けられており、原料ガス供給部３２から供給された原料ガスが、例えばチャンバ３０内でプラズマ処理されることにより製膜粒子となり、この製膜粒子が基材Ｗ上に堆積することにより、基材Ｗ上に所定の薄膜が形成される。そして、基材Ｗが上流側のチャンバ３０から下流側のチャンバ３０を順に通過することにより、基材Ｗの表面側から下部電極層３ａ、光電変換層３ｂ、上部電極層３ｃ等の薄膜がこの順に製膜されるようになっている。

また、これらのチャンバ３０には、チャンバ３０内を排気する排気口（不図示）が設けられており、この排気口と真空ポンプとが配管で接続されている。この真空ポンプを作動させることによりチャンバ２内を所定の真空度に調節できるようになっており、製膜粒子の形成時（薄膜形成時）には、真空ポンプを作動させることにより、各チャンバ３０を製膜条件に応じた所定の真空環境に調節されるようになっている。

また、各チャンバ３０同士の間には、差動排気システム４０が設けられている。この差動排気システム４０は、隣り合うチャンバ３０間を間仕切りするものであり、隣り合うチャンバ３０間の圧力差を維持しつつ、チャンバ３０の原料ガス（製膜粒子を含む）が隣り合うチャンバ３０に混入するのを抑えるものである。この差動排気システム４０は、配管形状を有しており、隣り合うチャンバ３０にそれぞれ開口してチャンバ３０同士を連通する基材走行経路部４１と、基材走行経路部４１を排気する排気部４２とを有している。そして、この基材走行経路部４１を基材Ｗが走行することにより、一方のチャンバ３０で製膜処理されることにより形成された薄膜が大気に触れることなく他方のチャンバ３０に搬送されるようになっている。

差動排気システム４０は、一方向に延びる形状に形成されており、延びる方向と基材Ｗの搬送方向とが同じになる姿勢で各チャンバ３０間に配置されている。すなわち、長手方向両端部分が、隣り合うチャンバ３０にそれぞれ連結された状態で固定されている。また、差動排気システム４０は、２つのブロック部材４０ａ、４０ｂが合体して形成されている。すなわち、差動排気システム４０は、長手方向中央位置で分割され、ブロック部材４０ａとブロック部材４０ｂとが連結された状態では連結方向が基材走行方向となるように配置されている。

基材走行経路部４１は、貫通孔であり、差動排気システム４０の長手方向に沿って形成されている。そして、基材走行経路部４１は、差動排気システム４０が固定されている状態では、隣り合うチャンバ３０にそれぞれ開口しており、その開口部４１ａがチャンバ３０内に配置される。すなわち、チャンバ３０に開口する開口部４１ａを通じて隣り合うチャンバ３０同士が連通して接続される。この基材走行経路部４１は、開口部４１ａが基材Ｗが通過できる程度の開口面積で形成されており、クロスコンタミネーションを抑えるようになっている。すなわち、開口部４１ａの開口面積を小さく形成することにより圧損が大きくなるため、チャンバ３０内の原料ガス（製膜粒子含む。以下原料ガス等という）等が開口部４１ａを通じて基材走行経路部４１に侵入するのを抑えるようになっている。

また、排気部４２は、基材走行経路部４１に侵入した原料ガス等を排気するものである。具体的には、基材走行経路部４１の基材走行方向（長手方向）ほぼ中央位置に真空ポンプＰに接続された配管が接続されており、真空ポンプＰを作動することにより基材走行経路部４１内を排気することができる。すなわち、基材走行経路部４１は、開口部４１ａの開口面積が小さく形成されているが、隣り合うチャンバ３０の設定圧力が異なることにより設定圧力の高いチャンバ３０から少量の原料ガスが開口部４１ａを通じて基材走行経路部４１に侵入する。しかし、真空ポンプＰを作動させて基材走行経路部４１内が排気されることから、侵入した原料ガスが設定圧力の低い他方のチャンバ３０に侵入することなく、排気部４２を通じて排気される。なお、排気部４２は、分割された差動排気システム４０のいずれか一方に形成されており、本実施形態ではブロック部材４０ｂに形成されている。

また、基材走行経路部４１は、開口部４１ａから基材走行方向（長手方向）中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されている。すなわち、図２に示すように、長手方向両端部から中央位置に向かって傾斜する傾斜面４１ｂが形成されており、長手方向中央位置で重力方向最下端になるように形成されている。具体的には、基材走行経路部４１の上面は、基材走行方向にほぼ平行（水平方向）になるように形成され、基材走行経路部４１の下面は、一方側の開口部４１ａから基材走行方向中央位置に向かって下向きの傾斜面４１ｂで形成され、当該中央位置から他方の開口部４１ａに向かって上向きの傾斜面４１ｂで形成されている。すなわち、基材走行経路部４１の下面は、基材走行方向中央位置を中心として略Ｖ字に形成されている。これにより、基材Ｗの張力が低下して基材Ｗに弛みが生じた場合に、基材Ｗが基材走行経路部４１の壁面に接触して損傷を受けるのを防止することができる。すなわち、基材走行経路部４１を走行中の基材Ｗに対し何らかの要因で基材Ｗに負荷される張力が調整されると、一瞬、基材Ｗの張力が低下し、基材Ｗが重力の影響を受けて下向きに撓むが、基材走行経路部４１の下面が基材走行方向中央位置に向かって傾斜しているため、撓んだ基材Ｗが基材走行経路部４１の壁面（傾斜面４１ｂ）に接触するのを回避することができる。

また、差動排気システム４０の基材走行方向両端部には、基材Ｗを支持する支持部材４３が設けられている。本実施形態では、開口部４１ａの下側に支持部材４３であるガイドローラが設けられており、このガイドローラにより基材Ｗが支持されるようになっている。具体的には、開口部４１ａの下側に設けられた支持部から従動回転可能なローラ４３ａが上向きに設けられている。このローラ４３ａに基材Ｗが接触しており、基材Ｗが搬送されることによりローラ４３ａが回転し基材Ｗに生じる摩擦力を抑えて基材Ｗが走行できるようになっている。また、ローラ４３ａは、基材Ｗが接触した状態では、基材Ｗが開口部４１ａの開口領域内に位置するように設けられており、開口部４１ａの開口面積を極力小さくした場合でも基材Ｗが開口部４１ａの壁面に接触するのを防止できるようになっている。これにより、開口部４１ａの開口面積を極力小さくしてチャンバ３０の原料ガス等が基材走行経路部４１に侵入するのを防止し、クロスコンタミネーションを効果的に抑えることができるようになっている。

このように、上記実施形態における差動排気システム４０によれば、開口部４１ａから基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されているため、帯状基材の接触を回避してクロスコンタミネーションを抑えることができる。すなわち、帯状基材の張力が低下し帯状基材に弛みが生じても、帯状基材が重力方向下向きに大きく変形するのが許容されるため、張力が低下しても帯状基材が基材走行経路部４１に接触することを抑えることができる。また、開口部４１ａにおける開口面積を帯状基材が通過できる程度に小さく形成することにより、チャンバ３０の気体が基材走行経路部４１に侵入しにくくなる。したがって、ロールトゥロールタイプの搬送製膜装置であっても、帯状基材の接触を回避しつつ、隣り合うチャンバ３０間の圧力差を維持し、クロスコンタミネーションを抑えることができる。

また、上記実施形態では、基材走行経路部４１がＶ字状に形成されている例について説明したが、開口部４１ａから基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されていればよい。例えば、基材走行経路部４１の下面が基材走行方向中央位置を最下端とした円弧状に形成されたものであってもよい。

また、上記実施形態では、支持部材４３がガイドローラである例について説明したが、低摩擦の材料で形成したカラーなど、基材Ｗに生じる摩擦力を減らし、開口部４１ａの開口領域に基材Ｗを支持できるものであればよい。

また、上記実施形態では、差動排気システムが２つのブロック部材４０ａ、４０ｂが合体して形成されている例について説明したが、排気部４２を有する中央のブロック部材、上流側のチャンバ３０に開口する開口部４１ａを有する上流側のブロック部材、下流側のチャンバ３０に開口する開口部４１ａを有する下流側のブロック部材の３つのブロック部材で形成され、それぞれのブロック部材を貫通するように基板走行経路部４１が形成される差動排気システムであってもよい。すなわち、本発明の差動排気システムにおいて、ブロック部材の数には限定されない。

３０ チャンバ
４０ 差動排気システム
４１ 基材走行経路部
４１ａ 開口部
４２ 排気部
４３ 支持部材

Claims (2)

1. 送出側から巻取側に可撓性を有する帯状基材を複数のチャンバに通過させて前記帯状基材上に薄膜を形成する製膜装置の前記チャンバ間に設けられる差動排気システムであって、
   前記差動排気システムは、隣り合うチャンバにそれぞれ開口してチャンバ同士を連通し、帯状基材が走行する基材走行経路部と、
   前記基材走行経路部に連通し、前記基材走行経路部を排気する排気部と、
   を備えており、
   前記基材走行経路部は、それぞれのチャンバに開口する開口部から基材走行方向中央位置に向かって重力方向下向きに次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする差動排気システム。
2. 前記差動排気システムは、基材走行方向両端部に帯状基材が前記開口部の開口領域内に位置するように支持する支持部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の差動排気システム。

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